JPH04194310A - 内燃機関の排気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、内燃機関の排気ガス中に含まれるＨＣ，Ｃｏ
、Ｎｏ、等の有害物質を除去する排気装置の改良に関す
る。

従来の技術 この種従来の排気装置としては、例えば特開昭５７−１
８３５１１号公報に記載されたものがある。これは、大
径な１本の排気管の下流側に介装された触媒コンバータ
の入口側に切換弁を設け、該切換弁の作動により冷機始
動時には排気ガスを触媒の中央部へ流入させる一方、暖
機完了後には触媒全体に流入させるようになっている。

これによって、触媒の耐久性を確保しつつ特に機関低温
時における触媒の活性化を図り排気ガス中の有害物質を
効果的に除去しようとしている。

また、他の従来例としては、特開昭５７−２１０１１６
号公報に記載されている技術のように、大径な１本の排
気管の下流側に２つの触媒コンバータを直列に設け、冷
機始動時には排気ガスを両方の触媒コンバータを通過さ
せる一方、暖機後は切換弁として一方の触媒コンバータ
をバイパスさせることにより、冷機時の排気浄化効率の
向上等を図るようになっている。

発明が解決しようとする課題 然し乍ら、前記従来の排気装置にあっては、触媒の耐久
性を維持するために、触媒コンバータを通路断面積の比
較的大きな排気管の集合部下流側に設けているため、触
媒コンバータまでの排気管全体の放熱面積が大きくなり
、冷機始動時等には排気熱が排気管の途中で放熱され易
く触媒温度の立上りが悪い。したがって、該触媒の活性
化が不十分となり転化効率が低下し、十分な浄化作用が
得られない。

また、前記２つの触媒を用いた従来例にあっては、冷機
始動時には排気ガスが両触媒を通過するものの、暖機完
了後には一方の触媒のみを通過さ。

せるだけであるから、前記触媒の配置上の問題と相俟っ
て浄化性能がさらに低下してしまう。

尚、他の従来例としては、特開昭５２−４３０２０号公
報に記載されたもののように、２つの触媒の間に２次空
気を導入して酸化を促進させる工夫もなされているが、
これも両触媒を大径な排気管の下流側に設けているため
、前述と同様な問題を招いている。

課題を解決するための手段 本発明は、前記従来の種々の問題点に鑑みて案出された
もので、１気筒当たり複数の排気バルブを存する機関の
排気経路に複数の触媒コンバータが設けられた排気装置
であって、前記排気経路を各排気バルブに対応して通路
断面積の小さな複数の排気管に分岐形成し、一方の排気
管の途中に第１の触媒コンバータを介設すると共に、他
方の排気管の途中に機関運転状態に応じて開閉する制御
弁を設け、更に前記各排気管を前記制御弁の下流側で集
合させ、該集合部の下流に第２の触媒コンバータを設け
たことを特徴としている。

作用 前記構成の本発明によれば、冷機始動時には、制御弁に
より他方の排気管を遮断するため、各気筒から放出され
た排気ガスの略全量が一方側の排気管のみを通流して第
１触媒コンバータ内を通過すると共に、さらに集合部下
流側の第２触媒コンバータ内を通過する。

一方、暖機完了後は、制御弁により他方の排気管を開成
するため、各気筒から放出された排気ガスは、両方の排
気管を通流して一方側では第１触媒コンバータを通って
第２触媒コンバータを通過し、他方側では前記予め浄化
された一方側の排気ガスと合流した後、第２触媒コンバ
ータを通過して外部に排出される。

このように、冷機始動時には、各気筒から排出された排
出ガスが通路断面積の小さな一方側の排気管にのみを通
流するため、該排気管の第１触媒コンバータまでの排気
温度の放熱作用が十分に抑制される。したがって、第１
触媒コンバータ内の温度の立上りが良好となり、第１触
媒による転化効率が向上する。

しかも、冷機始動時ばかりか暖機完了後においても一方
側の排気管内の排気ガスを第１．第２の触媒コンバータ
を通過させるようにしたため、排気ガス全体の浄化性能
が向上する。

実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳述する。

第１図は本発明に係る排気装置の第１実施例を示し、１
は１気筒当たり２つの第１．第２排気バルブ２，３及び
排気ボート２ａ、３ａを有する４気筒＃１〜＃４のガソ
リン機関、４は該ガソリン機関ｌから放出される排気ガ
スの排気経路であって、この排気経路４は、第１の排気
バルブ２・・・側の第１排気ポート２ａ・・・に夫々接
続されたインデイビイデイアル型の４本の第１排気分岐
管５・・・と、第２排気バルブ３・・・側の第２排気ボ
ー）３ａ・・・に夫々接続されたインデイビイデイアル
型の４本の第２排気分岐管６・・・とを備えている。

前記第１排気分岐管５・・・は、通路断面積が夫々従来
のデュアル型排気分岐管より狭く設定され（約号以下）
、下流側で１本の第１合流管７に接続している一方、第
２排気分岐管６・・・も通路面積が夫々従来のデュアル
型排気分岐管より狭（設定され（約号以下）、下流側で
１本の第２合流管８に接続されており、各第１．第２合
流管７，８の下流端がリアチューブ９に合流しつつ接続
されている。また、前記第１合流管７の上流側には、三
元触媒型の第１触媒コンバータｌＯが設けられている一
方、リアチューブ９の途中には、比較的大型の三元触媒
型の第２触媒コンバータ１１が設けられている。

更に、前記各第２排気分岐管６・・・の各上流側には、
該各分岐管６・・・の内部通路を開閉する円形バタフラ
イ型の制御弁１２・・・が夫々設けられている。

この各制御弁１２・・・は、該制御弁１２・・・を一体
に連結する作動ロッド１３を介してアクチュエータたる
直流モータ１４により同期開閉作動されるようになって
いる。この直流モータ１４は、マイクロコンピユータラ
内蔵したコントロールユニット１５からの出力信号によ
り正逆回転駆動するようになっており、該コントロール
ユニット１５は、クランク角センサ１６からの機関回転
数信号と、エアーフローメータ１７からの吸入空気量信
号及び機関水温センサ１８からの機関水温信号等を入力
して現在の機関運転状態を検出して直流モータ１４に制
御信号を出力している。

したがって、本実施例によれば、冷機始動後の低回転低
負荷時には、コントロールユニット１５からの出力信号
により直流モータ１４が正転あるいは逆転して制御弁１
２・・・を閉作動させ、各第２排気分岐管６・・・の内
部通路を遮断する。このため、機関１の排気行程時に両
排気バルブ２．３が開いても各気筒＃１〜＃４内の排気
ガスはその全量が第１排気ポート２ａから第１排気分岐
管５・・・のみを通流して第１触媒コンバータ１０内の
触媒を通過する。さらに、第１合流管７を通ってそのま
まリアチューブ９内に流入して第２触媒コンバータ１１
内の触媒を通って外部に排出される。このように、前記
運転条件下における排気ガスは、小径で放熱面積の小さ
な第１排気分岐管４・・・のみを通って第１触媒コンバ
ータｌＯ内に流入するため、排気温度が保温されて該第
１触媒コンバータ１０内の触媒温度の立上りが良好とな
る。つまり、第１排気分岐管５の通路断面積が小さくか
つ管路長が短いため、放熱面積が従来に比して約３０％
程度低減される。したがって、排気ガスの持つ熱量が第
１触媒コンバータ１０まで十分に維持され該第１触媒コ
ンバータｌＯ内の触媒温度が速やかに立上り、これによ
って転化効率が大巾に改善される。

また、第１触媒コンバータｌＯで浄化された排気ガスは
、さらに第２触媒コンバータ１１によって再び転化され
るため、十分に浄化され、排気エミッション性能が大巾
に向上する。

しかも、制御弁１２・・・が第２排気分岐管６・・・に
夫々設けられかつ、排気ガスの約半分の排圧が各制御弁
１２・・・に作用するだけであるから、該制御弁１２・
・の負荷が小さくなり、耐久性及び信頼性が向上する。

一方、暖機完了後は、コントロールユニット１５からの
制御信号によって各制御弁１２・・・が開作動し第２排
気分岐管６・・・の全てを開成する。したがって、各気
筒＃１〜＃４から排出された排気ガスは、両排気ポート
２ａ、３ａから第１．第２排気分岐管５，６・・・の両
方に夫々略均−に分流し、第１排気分岐管５・・・側は
前述と同様に第１触媒コンバータ１０を通過して第１合
流管７からリアチューブ９、に流入する一方、第２排気
分岐管６・・・側は第２合流管８を通ってリアチューブ
９に流入する。更に、斯かるリアチューブ９の上流端集
合部９ａで前記第１合流管７側の排気ガスと合流し、全
体がそのまま第２触媒コンバータ１１を通って外部に排
出される。

このように、暖機完了後の排気ガスは、前述のように両
排気分岐管５．６に略均−に分流するため、排圧の上昇
が抑制されて燃焼状態が良好になる。そして、第１触媒
コンバータ１０に流入する排気ガス量も半減するため、
該第１触媒コンバータｌＯの負担が軽減し、耐久性の向
上が図れる。

また、本実施例では、排気経路４の上流側を各気筒毎に
並行に２分岐形成するだけであるから、比較的簡単な配
管構造であると共に、前記従来例の如く２次空気を導入
する装置を用いる場合に比して構造コストの低廉化が図
れる。即ち、該２次空気導入装置を用いるものにあって
は、該装置を環境条件の悪い車両のフロア下部付近に設
けなければならず、したがって、該装置の信頼性を確保
するために十分なシールや各構成部品の高精度な加工が
必要となり、この結果、製造コストの増加が余儀なくさ
れる。

第２図は前記第１実施例を基本構成とした他側を示し、
第２排気分岐管６・・・側の第２排気バルブ３の開時期
を遅延させたものである。即ち、該第２排気バルブ３を
開閉作動させるカムシャフトのカムプロフィールを小さ
く形成してカムリフト特性を図示のごとく変化させ、該
排気バルブ３の開時期を、第１の排気バルブ２の開時期
よりも所定の位相差分Ｘだけ遅延制御している。したが
って、排気ガスは、先に開成した第１排気バルブ２側の
第１排気分岐管５・・・内に多量に流れ込み、開時期が
遅れた第２排気バルブ３側の第２排気分岐管６・・・内
への流量が減少する。このため、各制御弁１２・・・に
作用する排圧が大巾に低減し、該各制御弁１２・・・の
耐久性や信頼性が向上する。

第３図は本発明の第２実施例を示し、この実施例では、
制御弁１２が各第２排気分岐管６・・・内ではなく、第
２合流管８に１つ設けられている。また、この制御弁１
２は、外周部に三ケ月状の切欠部１９が形成されている
。他の構成は第２実施例と同様である。

したがって、本実施例では前記実施例と同様な作用効果
が得られることは勿論のこと、制御弁１２の単一化によ
り部品点数の大巾な削減が図れると共に、作動ロッド１
３の短尺化が図れ、これによって、製造コストの低廉化
と重量の低減化が図れる。

また、第２排気バルブ３・・・から制御弁１２までの距
離が長くなると共に、切欠部１９によって排気ガスがリ
アチューブ９内に僅かにリークするため、第２排気分岐
管６・・・内での排圧の上昇が抑制されると共に、気筒
＃１〜＃４内での排気残留ガスが減少する。この結果、
制御弁１２の耐久性が向上すると共に、各気筒＃ｌ〜＃
４内の残留ガスの減少化に伴って燃焼状態の悪化を防止
することができる。

第４図は本発明の第３実施例を示し、第２合流管８内に
切欠部のない単一の円板状制御弁１２が設けられている
一方、前記第１．第２排気ポート２ａ、３ａがサイアミ
ーズ形状に形成されている。

したがって、本実施例では、冷機始動後の低回転、低負
荷域では、制御弁１２によって第２合流管８内が略完全
に遮断されるため、各気筒＃１〜＃４内の排気ガスの略
全量はサイアミーズ形状の各排気ポート２ａ、３ａから
第１排気分岐管５・・・内へ速やかに流入して第１触媒
コンバータ１０内を通過する。このため、該第１触媒の
排気温度の立上りがさらに良好となり、転化効率が一層
向上する。また、排気ボート２ａ、３ａがサイアミーズ
形状となっているため、第２排気分岐管６・・・内への
排気ガスの流入量が減少して排圧の上昇も抑制される。

第５図Ａは本発明の第４実施例を示し、両排気ポート２
ａ、３ａがサイアミーズ形状に形成されていると共に、
第１排気ポート２ａが第１排気分岐管５・・・と直線状
に連通するようにストレート形状に形成されている。ま
た、第２排気バルブ３側のカムシャフトのカムリフト特
性を第５図Ｂの如く変化させて、該排気バルブ３の開時
期を第１排気バルブ２により遅延制御したものである。

したがって、この実施例では、先に開く第１排気バルブ
２側から流出した排気ガスは、直線的な第１排気ポート
２ａを流通することにより流動抵抗が小さ（なり、第１
排気分岐管５・・・への流入性が良好になるため、排気
ガスの各気筒＃１〜＃４への逆流が十分に抑制され、燃
焼が改善できる。

また、第２排気バルブ３の開時期を遅延させることによ
って、暖機完了後における各排気分岐管５゜６・・・か
らリアチューブ９へ流入する排気ガスの流動作用がスム
ーズとなるため、両排気バルブ２゜３が同時に開く場合
に比して排気ガスの吐出型が時期的にみて均一化される
。この結果、排圧の上昇が抑制されて、前記排気ガスの
逆流防止効果と相俟って燃焼の改善が促進されると共に
、音振面でも有利となる。

尚、各排気ポート２ａ、３ａをサイアミーズ形状とした
ことによる作用効果は、前述と同様である。

第６図は本発明の第５実施例を示し、この実施例では、
両排気ボート２ａ、３ａがサイアミーズ形状に形成され
ていると共に、第１排気バルブ２の外径が第２排気バル
ブ３の外径よりも小さく設定されており、また、これに
対応して第１排気分岐管５・・・の通路断面積が第２排
気分岐管６・・・より小さ（設定されている。

したがって、該第１排気分岐管５・・・の放熱面積が一
層小さくなり、第１触媒コンバータｌＯによる転化効率
がさらに向上する。

本発明は、前記各実施例の構成に限定゛されず、例えば
制御弁１２の単数あるいは複数化は任意に′　変更でき
ると共に、各排気分岐管５．６・・・の形状や径の大き
さも適宜変更することが可能である。

発明の効果 以上の説明で明らかなように、本発明に係る内燃機関の
排気装置によれば、とりわけ排気経路の上流側を２つの
排気バルブに対応して複数の排気管に分岐形成して、冷
機始動時には排気ガスを放熱面積の小さな一方側の排気
管のみに流入させて該排気管の直下流に位置する第１触
媒コンバータを通過させるようにしたため、該第１触媒
コンバータの触媒温度の立上りが良好となり、転化効率
が向上する。また、第１触媒コンバータを通過した排気
ガスは、更に第２触媒コンバータにより転化されるため
全体の浄化作用が一層向上することは勿論である。

しかも、暖機完了後も排気カスの一部を両方の触媒コン
バータを通過させるため、優れた浄化性能が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る排気装置の第１実施例を示す概略
図、第２図は両排気バルブの開閉時期を示すカムリフト
特性図、第３図は本発明の第２実施例を示す概略図、第
４図は本発明の第３実施例を示す概略図、第５図Ａは本
発明の第４実施例を示す概略図、同図Ｂは本実施例の両
排気バルブのカムリフト特性図、第６図は本発明の第５
実施例を示す概略図である。 １・・・ガソリン機関、２．３・・・第１．第２排気バ
ルブ、４・・・排気経路、５・・・第１排気分岐管（−
刃側排気管５．６・・・第２排気分岐管（他方側排気管
）１０・・・第１触媒コンバータ、１１・・・第２触媒
フンバータ、１２・・・制御弁。 第４図 第５図（Ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）１気筒当たり複数の排気バルブを有する機関の排
   気経路に複数の触媒コンバータが設けられた排気装置で
   あって、前記排気経路を各排気バルブに対応して通路断
   面積の小さな複数の排気管に分岐形成し、一方の排気管
   の途中に第１の触媒コンバータを介設すると共に、他方
   の排気管途中に機関運転状態に応じて開閉する制御弁を
   設け、更に前記各排気管を前記制御弁の下流側で集合さ
   せ、該集合部の下流に第２の触媒コンバータを設けたこ
   とを特徴とする内燃機関の排気装置。